梨遺傳連鎖圖譜研究進展

劉娟 郭凱麗 余小梅 楊盛

摘 要： 梨樹很多農藝性狀為數量性狀，遺傳規律的研究相對滯后，因此傳統培育方法挖掘梨品種優良性狀周期長。構建梨高密度遺傳連鎖圖譜，可以對其優良性狀進行基因定位。國內外目前已經構建了多張梨遺傳圖譜，但是高質量的遺傳圖譜嚴重不足，因此開發覆蓋整個基因組的高密度分子標記，構建高密度遺傳圖譜是至關重要的。

關鍵詞： 梨；遺傳連鎖圖譜；QTL

文章編號：2096-8108（2023）02-0073-05 ?中圖分類號：S661.2 ?文獻標識碼：A

Advances in genetic linkage map of pear

LIU Juan ?1，2 ， GUO Kaili ?1，2 ， YU Xiaomei ?1，2 ， YANG Sheng ?2*

（1.College of Horticulture ， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801，China;2.Pomology Institute， Shanxi Agricultural

University/Shanxi Key Laboratory of Germplasm Improvement and Utilization in Pomology， Taiyuan， 030031， China）

Abstract： Some agronomic traits of pear are quantitative traits， and the study of genetic law is relatively backward， so the period of traditional breeding for pear varieties is long. High-density genetic linkage map of pear was constructed， which can be used for gene mapping of its good traits. At present， many pear genetic maps have been constructed at home and abroad， but the high-quality genetic maps are not enough， so it is very important to develop high-density molecular markers covering the whole genome to construct high-density genetic maps.

Keywords： pear; genetic linkage map; QTL

梨（ Pyrus ?spp），薔薇科（Rosaceae Juss）梨屬（Pyrus）植物，栽培歷史悠久，營養豐富，素有“百果之宗”的美稱，且我國梨資源和品種供應量在全球的總體供應量中占首位 ?[1-2] 。‘玉露香梨是山西農業大學果樹研究所以‘庫爾勒香梨為母本、‘雪花梨為父本雜交選育而成的，具有產量高、抗逆性強的優點，是中熟優質紅色梨新品種。果皮黃綠色帶紅暈，肉質細嫩酥脆，石細胞含量少。2003年通過山西省農作物品種審定委員會審定，第2年在晉北地區進行高產優質栽培的試驗，取得顯著效果。在2009年的中國（山西）特色農產品交易博覽會中獲得了金獎 ?[3-5] 。然而隨著‘玉露香梨產業發展，面臨因果柄過長導致的脫落及采摘等問題，造成豐產不豐收，給生產帶來很大損失。

梨樹為多年生木本植物，童期較長，現有品種大都是高度雜合體，這使得梨性狀遺傳規律的研究相對滯后 ?[6] 。果樹遺傳背景復雜 ?[7] ，若干農藝性狀又屬于受多基因控制的數量性狀 ?[8-9] ，雜交實生后代的童期和童程受到多方面因素影響，這也給梨樹的育種工作帶來了一定的困難 ?[10-11] 。近年來，以DNA為基礎的分子標記技術迅速發展，為梨的遺傳育種研究和對相關連鎖性狀的對比分析帶來了一種新的方法，有助于進行早期與育種選擇，并能對其優良性狀進行基因定位 ?[12-13] 。因此，構建梨高密度遺傳連鎖圖譜，深入開展梨分子標記輔助育種、優良性狀的基因定位等研究，對梨果實品質改良和基礎理論研究都具有很重要的意義 ?[14-16] 。

1 果柄的作用及研究進展

1.1 果柄對生理落果的影響

生理落果是果樹在生長發育過程中由于非機械外力和病蟲危害而導致的 ?[17] 。采前落果是生理落果的一種，它是果實成熟或者衰老引起的果柄細胞壁降解的過程。要想提早確定可能會采前落果的果實并做到預防是很困難的，只有在果實明顯衰老后才能判斷，給采前落果機理的研究增加了一定的難度 ?[18-19] 。有些學者認為果柄長度和果柄木質化程度也會造成果實落果，果實的果柄太長，在受到強風時果實擺動幅度大，容易造成落果。果柄的木質化程度高，果柄柔韌性差，在受到自然環境侵害時，落果率會大幅增加。樹體中的水分和碳水化合物必須要通過果柄才能運輸到果實，果柄長度和粗度通過影響營養物質的運輸效率，從而影響果實的品質 ?[23-24] 。

1.2 果柄的研究進展

果柄長度的遺傳與父母本有關，受多個基因調控，調控機制較復雜。范磊、戴東洋等 ?[25-26] 利用長果柄甜瓜‘1244和短果柄甜瓜‘MS-5配置雜交組合，對果柄長度進行QTL定位，推斷甜瓜果柄長度性狀存在主效基因，得到兩個與甜瓜果柄長度相關的QTL。崔竣杰等 ?[27] 以有棱絲瓜自交系28-0-0為母本，普通絲瓜自交系37-0-1-1為父本，對其6個世代進行研究，發現果柄長遺傳受到1對加性-顯性主基因+加性-顯性-上位性多基因（D-0模型）遺傳控制。Song等 ?[28] 研究發現黃瓜果柄長度是由一個加性主基因和一個加性顯性多基因（D-2模型）定量遺傳和控制的。

2 梨基因定位策略及圖譜驗證進展

2.1 遺傳連鎖圖譜的構建

遺傳連鎖圖譜（genetic linkage map）是基因組研究中的一個重要組成部分，它是指基因組中基因以及專一的多態性標記之間相對位置的圖譜。通過構建的遺傳圖譜，對遺傳標記與性狀之間的相關性進行分析，可以將1個或多個QTL定位到染色體上的遺傳標記之間 ?[29-30] 。標記間的距離通常以厘摩（Centi-Morgan， cM）表示，1 cM約為重組率1% ?[31] 。“雙假測交”理論是果樹連鎖圖譜構建的理論基礎 ?[32] 。

2.2 作圖親本的選擇

雜交后代雙親的選擇是對于作圖是至關重要的，他直接影響了構建圖譜的困難程度和適用范圍 ?[33] 。作圖雙親的親緣關系較遠、兩者的遺傳差異較大，可利用的分子標記數目越多，提供的可用信息越多，圖譜的理論意義和經濟價值越高。對于自交不親和的果樹來說，一般選擇種間雜交群體構建圖譜，而對于能夠自花授粉的果樹，種內雜交群體更適合構建圖譜 ?[12，34] 。

2.3 作圖群體的類型

分離群體是構建優質遺傳連鎖圖譜的關鍵，他影響著構建圖譜的精度和分辨率。不同的物種對于作圖群體的要求也存在很大差異。由于果樹遺傳背景復雜、基因高度雜合、分布地域廣泛等特點，很難像番茄 ?[35] 、小麥 ?[36] 、西瓜 ?[37] 、月季 ?[38] 、甜瓜 ?[39] 一樣建立多世代的作圖群體。果樹一般常用的雜交群體為：雜交F1代群體、雜交F2代群體和回交（Back Cross，BC）群體。

雜交F1代群體是指兩個近交系之間雜交產生的子一代植株。雜交F1代群體建立所需的時間相對較短，主要適合高雜合的基因型、自交不親和或者自交結實率偏低的果樹品種構建遺傳連鎖圖譜 ?[14] 。Hemmat提出的“雙假測交”理論主要就是針對這一群體。

雜交F2代群體是指雜交F1代通過雜交或自交產生的后代。雜交F2代群體相比雜交F1代群體建群時間較長，適合雜合度低的果樹。一些果樹基因組較小，能夠自交結實，則可以選擇具有較遠的親緣關系的品種進行雜交，得到F1代雜交群體后進行自交，從而建立構建遺傳圖譜的F2代作圖群體，如桃、葡萄等果樹。

回交群體是指由雜交F1代實生苗與其中一個親本回交后產生的群體。使用它為作圖群體可以應用一些顯性標記如AFLP、RAPD等即可揭示其基因型的全部信息。回交群體相比雜交F2代群體的構建相對困難，在構建的過程中容易出現假雜種，但是只要構建成功，將會直接加快該果樹在分子輔助育種方面的研究進展。

2.4 作圖群體的數量

后代群體的數量關系是衡量遺傳連鎖圖譜的標準之一，群體數量大，有利于構建群體的準確性 ?[40] 。目前報道的果樹可利用的雜交群體規模偏少，大多少于150個個體，研究遺傳群體比較理想的定位規模在150～200或者更高，有效標記數不足等導致構建的遺傳圖譜距離大 ?[41-42] 。Vilanova等 ?[43] 以76株雜交后代，利用SSR和AFLP構建了一張杏遺傳圖譜。姜建福 ?[44] 以葡萄的105株雜交后代作為作圖群體，張朝紅等 ?[45] 以‘宮崎短枝富士和‘坂田津輕以及150株子代為作圖群體，董軍等 ?[46] 以栽培種和野生種及188株F1代構建了蘋果的圖譜，蔣俊 ?[47] 以216個F1子代建立了桃的圖譜，張振東 ?[48] 和王中堂 ?[49] 構建棗樹遺傳圖譜群體小于150。史曉暢 ?[50] 選用130株雜交F1代為作圖群體，構建山楂高密度分子遺傳圖譜。蔡秉宇 ?[51] 以250個F1子代的作圖群體，構建了荔枝高密度遺傳連鎖圖。董輝等 ?[52] 選用200株雜交F1代群體為作圖材料，構建了一張草莓高密度遺傳圖譜。

2.5 梨遺傳圖譜的構建

首張梨遺傳圖譜由日本科學家Iketani等 ?[53] 利用120個RAPD分子標記對日本梨‘KinchakuבKosui構建18個連鎖圖譜，總圖距768cM。王文魁 ?[54] 利用SSR、SRAP、ISSR標記技術，使用‘新世紀梨ב崇化大梨雜交F1代群體構建了一張梨遺傳圖譜，圖譜總長度為1 530 cM，平均圖距為 16.1 cM 。張麗 ?[14] 利用AFLP分子標記方法，以‘早美酥ב紅香酥F1代實生苗為材料，初步構建了梨遺傳連鎖圖譜，覆蓋梨基因組785.093 cM。王磊等 ?[55-56] 整合公共數據庫，以‘紅茄ב晚秀雜交的165株F1代為作圖群體構建遺傳圖譜。崔海榮 ?[40] 應用了“雙假測交理論”（Double pseudotestcross），以‘西子綠ב喜水雜交的77株F1代實生苗為群體，使用3種分子標記方法為基礎，構建了一張遺傳連鎖圖譜，總長度覆蓋梨基因組901 cM。趙亞楠 ?[16] 以‘蘋果梨為母本，‘八月紅為父本的雜交后代150株結果實生苗構建了一張梨高密度遺傳連鎖圖譜，該圖譜共包含17個連鎖群。王紅寶 ?[57] 以‘碭山酥梨ב秋月雜交的F1代群體為作圖材料，利用SNP分子標記技術，構建了一張梨遺傳連鎖圖譜，覆蓋了1 824.11 cM的遺傳距離，平均連鎖群長度為0.71 cM。

3 討論

‘玉露香梨是山西農業大學果樹研究所選育的優質中熟梨新品種，研究成果達國際先進水平。經過20多年的生產示范推廣，由品質及周年供應等性狀組成的綜合優勢非常突出。然而隨著‘玉露香梨產業發展，面臨因果柄過長導致的脫落及采摘等問題，造成豐產不豐收，給生產帶來很大損失，嚴重影響果農的經濟收入。同時梨樹因其童期較長、基因組高度雜合、控制梨重要果實性狀多為數量性狀，導致了傳統培育挖掘梨品種優良性狀周期長，需要的雜交群體量大而且耗時耗力。國內外目前已經開發多種不同密度的梨分子標記，并構建了多個遺傳圖譜，然而高質量的遺傳圖譜嚴重不足，整體構建的遺傳圖譜距離偏大，對于后續精細QTL定位難度加大。因此需要開發覆蓋整個基因組的高密度分子標記，構建高密度遺傳圖譜，將已公布的分子標記和果實性狀QTLs進行整合。

參考文獻

[1] ?羅賢淑.梨的選育推廣與產業發展建議[J].南方農業，2017，11（3）：117-118.

[2] 張紹鈴，謝智華.我國梨產業發展現狀、趨勢、存在問題與對策建議[J].果樹學報，2019，36（8）：1067-1072.

[3] 郭黃萍，郝國偉，張曉偉，等.玉露香梨優質豐產栽培及貯藏保鮮技術[J].河北果樹，2011（5）：17-18.

[4] 白牡丹，付寶春，楊盛，等.“玉露香梨”及其親本果實生長發育過程中質地差異[J].北方園藝，2022（19）：8-14.

[5] 劉圓.不同樹形對‘玉露香梨水分利用效率及果實品質的影響[D].山西農業大學，2020.

[6] 崔艷波，張紹鈴，吳華清，等.梨雜交后代童期和童程的研究[J].中國農學通報，2011，27（2）：128-131.

[7] Van N S，Susan E G.Breeding better cultivars，faster：applications of new technologies for the rapid deployment of superior horticultural tree crops.[J].Horticulture Research，2014，1（1）：14022.

[8] Mingyue Z，Cheng X，Hongju H，et al. Genome-wide association studies provide insights into the genetic determination of fruit traits of pear[J].Nature Communications，2021，12（1）：1144.

[9] Caixia G. Genome engineering for crop improvement and future agriculture[J].Cell，2021，184（6）：1621-1635.

[10] ?王宏偉，王然.砂梨和白梨系統良種雜交育種研究初報[J].落葉果樹，2009，41（2）：4-6.

[11] Visser T， ?Schaap AA， ?De Vries DP. ?Acidity and sweetness in apple and pear[J]. Euphytica，1968，17（2）：153-167.

[12] 連曉東.基于高密度遺傳圖譜的桃重要性狀基因定位及其形成機制研究[D].河南農業大學，2019.

[13] 武鵬雨.基于基因組重測序對核桃內果皮木質素變異位點及CAD基因家族分析[D].塔里木大學，2022.

[14] 張麗.早美酥×紅香酥F1代群體分子遺傳圖譜的構建[D].河北農業大學，2006.

[15] 王文魁.梨分子遺傳圖譜的構建及其部分果實性狀的定位分析[D].新疆農業大學，2014.

[16] 趙亞楠.梨高密度遺傳連鎖圖譜構建及果實品質性狀的基因定位[D].中國農業科學院，2019.

[17] 王珂.科學防治果樹生理落果——果業名詞“生理落果”解讀[J].果農之友，2020（6）：32-34.

[18] 木合塔爾·扎熱，阿卜杜許庫爾·牙合甫，馬合木 提· 阿不來提，等.西梅法蘭西采前落果相關影響因子研究[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2021，49（9）：137-143.

[19] Arseneault MH，Cline JA. AVG，NAA，boron，and magnesium influence preharvest fruit drop and fruit quality of ‘Honeycrisp apples[J].Canadian Journal of Plant Science，2017，98（3）：741-752.

[20] 楊建波，許鵬.盛果期香梨樹落花落果預防措施[J].西北園藝（果樹專刊），2007（2）：48.

[21] 許如記.粵北地區柑橘落花落果原因分析與防止措施[J].南方農業，2017，11（16）：51-52，59.

[22] 牟惟東.北斗蘋果采前落果的原因與防止措施[J].煙臺果樹，2000（3）：51-52.

[23] 陳出新，滕美貞，劉倫，等.部分梨品種資源在南京地區果實性狀調查分析[J].江蘇農業科學，2016，44（6）：259-263.

[24] DraetaL，LangA，CappelliniC，et al. Vessel differentiation in the pedicel of apple and the effects of auxin transport inhibition[J].Physiologia Plantarum，2004，120（1）：162-170.

[25] 范磊.甜瓜果柄長度QTL位點的初步分析[D].黑龍江八一農墾大學，2020.

[26] 戴冬洋，范磊，曾雙，等.甜瓜SLAF遺傳連鎖圖譜構建和果柄長度主效QTL定位[J].農業生物技術學報，2021，29（4）：656-662.

[27] 崔竣杰，程蛟文，譚澍，等.絲瓜果長及果柄長的遺傳規律分析[J].廣東農業科學，2014，41（8）：52-56.

[28] Zichao S，Han M，Song Z，et al. Genetic Analysis and QTL Mapping of Fruit Peduncle Length in Cucumber （Cucumissativus L.）[J].Plos One，2016，11（12）：e0167845.

[29] 劉升銳.柑橘高密度遺傳連鎖圖譜的構建及落葉性狀的QTL定位[D].華中農業大學，2016.

[30] 李娜，尚建立，李楠楠，等.西瓜果實形狀的分子精準鑒定[J].園藝學報，2021，48（7）：1386-1396.

[31] 馬建強，姚明哲，陳亮.茶樹遺傳連鎖圖譜研究進展[J].茶葉科學，2010，30（5）：329-335.

[32] Weeden N F，Hemmat M，Lawson D M，et al. Development and application of molecular marker linkage maps in woody fruit crops[J].Euphytica，1994，77：269-275.

[33] 王建康，李慧慧，張魯燕.《基因定位與育種設計》[J].應用與環境生物學報，2014，20（4）：674.

[34] 仇倩倩.‘JMS2ב邢16雜交后代高密度遺傳圖譜構建及果實大小相關性狀的QTL定位[D].塔里木大學，2021.

[35] Alpert K B，Tanksley S D. High-resolution mapping and isolation of a yeast artificial chromosome contig containing fw2. 2：a major fruit weight quantitative trait locus in tomato[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，1996，93（26）：15503-15507.

[36] De SouzaA P，Allamand V，Richard I，et al. Targeted development of microsatellite markers from inter-Alu amplification of YAC clones[J].Genomics，1994，19（2）：391-393.

[37] Jianli S，Na L，Nannan L，et al. Construction of a high-density genetic map for watermelon （Citrullus lanatus L.） based on large-scale SNP discovery by specific length amplified fragment sequencing （SLAF-seq）[J].Scientia Horticulturae，2016，203：38-46.

[38] 吳鈺瀅.二倍體月季高密度遺傳連鎖圖譜構建及部分觀賞性狀遺傳分析和QTL定位[D].北京林業大學，2019.

[39] 張學軍，楊文莉，張永兵，等.采用GBS-seq技術構建甜瓜高密度遺傳圖譜[J].新疆農業科學，2019，56（10）：1828-1838.

[40] 崔海榮.砂梨分子遺傳圖譜的構建及其果皮色澤性狀的定位分析[D].南京農業大學，2010.

[41] 徐云碧，朱立煌.分子數量遺傳學[M].北京：中國農業出版社，1994：81-83.

[42] 崔陽.梔子遺傳連鎖圖譜構建及QTL分析[D].江西中醫藥大學，2021.

[43] Vilanova S，Romero C，Abbott A G，et al. An apricot （Prunus armeniaca L.） F2 progeny linkage map based on SSR and AFLP markers，mapping plum pox virus resistance and self-incompatibility traits[J].Theoretical and Applied Genetics，2003，107（2）：239-247.

[44] 姜建福.葡萄果肉質地性狀的評價、QTL定位及候選基因預測[D].西北農林科技大學，2020.

[45] 張朝紅，陳東玫，楊鳳秋.蘋果SLAF圖譜構建及果銹基因QTL分析[J].華北農學報，2019，34（5）：37-44.

[46] 董軍，王京，梁微.G.41×新疆野蘋果樹體生長性狀的QTL精細定位及候選基因預測[J].中國農業科學，2018，51（11）：2155-2164.

[47] 蔣俊.桃高密度SNP圖譜構建于果實質地和酸度全基因組關聯分析[D].浙江大學，2016.

[48] 張振東.棗樹高密度遺傳圖譜優化及重要性狀的QTL定位[D].北京林業大學，2016.

[49] ?王中堂.棗高密度遺傳連鎖圖譜構建與農藝性狀QTL定位[D].西北農林科技大學，2020.

[50] 史曉暢.山楂高密度分子遺傳圖譜的構建及部分果實性狀的QTL定位分析[D].沈陽農業大學，2019.

[51] 蔡秉宇.荔枝高密度遺傳圖譜構建及重要性狀的QTL定位[D].海南大學，2019.

[52] 董輝，楊莉，李莉，等.基于SLAF-seq技術構建栽培草莓高密度遺傳圖譜[J].華北農學報，2020，35（6）：52-57.

[53] Hiroyuki I，Kazuyuki A，Toshiya Y，et al. Mapping of disease-related genes in Japanese Pear using a molecular linkage map with RAPD markers[J].Breeding Science，2001，51（3）：179-184.

[54] 王文魁，曾斌，李疆，等.‘新世紀梨ב崇化大梨F1代分子遺傳連鎖圖譜的構建[J].中國農學通報，2014，30（28）：116-121.

[55] 王磊，王龍，薛華柏，等.梨遺傳連鎖圖譜的構建與比較分析[J].中國農業科學，2016，49（12）：2353-2367.

[56] 王磊，李秀根，薛華柏，等.梨果實相關性狀QTL定位分析[J].園藝學報，2016，43（12）：2431-2441.

[57] 王紅寶.梨高密度遺傳連鎖圖譜構建與石細胞性狀定位[D].南京農業大學，2017.